液壓控制塊工裝設計及加工方法優化

喬建華

上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠 上海 200240

1 序言

液壓執行機構是汽輪機組正常運行的總開關，其主要功能是提供控制部分所需要的液壓油及壓力，同時保持液壓油的正常理化特性和運行特性，因此其加工及裝配質量直接關系機組是否能安全運行。控制塊是其中最重要的零部件之一，其結構復雜、油路集成化高、加工工序多且加工要求高。

目前，我公司生產的控制塊（見圖1）有9種類型，最初的工藝設計是將其放在數控鏜床上進行精加工，由于采用了多次裝夾校調的方法，所以加工效率相當低。

圖1 控制塊模型示意

2 加工難點分析

控制塊精加工時需要對6個面進行加工，控制塊上孔數量多、規格多、相貫孔多、深度不一且部分孔精度要求高。控制塊6個面的精加工改進前是在數控鏜床上加工完成，由于數控鏜床上沒有自動換刀刀庫和專用的裝夾工裝，也沒有可以轉換的雙臺面，每次裝夾只能加工一個面，所以就會產生以下問題。

1）重復加工較多。6個面上相同工步比較多。

2）安裝校調次數頻繁。6個面需6次安裝校調對刀。

3）加工順序無法選擇。每次只能加工一個面，貫穿孔的加工先后順序無法選擇，增加斷刀的風險。

4）工件局部精度要求高。上平面插裝閥部分兩擋孔尺寸公差在0.03mm以內。

5）容易產生失誤。坐標系數據為人工輸入。

3 新工藝方法的擬定和實施

根據工廠現有設備資源，以提升加工效率、降低生產成本為目標，在控制塊六面體按圖樣尺寸加工完成后，將控制塊4個側面上的深孔、螺紋孔、臺階孔等精加工部位用臥式加工中心加工，主要方法如下所述。

（1）設計新工裝 臥式加工中心具有兩個臺面，當其在一個臺面上加工時可以同步地對另一個臺面進行裝夾，為了保證每次裝夾時兩個臺面的一致性，設計發明了兩套一樣的專用工裝，如圖2～圖4所示。

圖2 工裝安裝示意

圖3 夾具安裝示意

圖4 控制塊加工裝夾示意

工裝校調說明：首先將定位圓柱銷和擋塊按要求裝夾固定在工裝上，再將工裝大致放置于機床臺面中間，校調工裝正中的圓柱銷與臺面的中心重合，誤差控制在0.02mm以內；再校調工裝其中一條邊與臺面的平行度在0.02mm以內，夾緊固定。最后將控制塊的右平面朝下放置在工裝上，前平面靠緊定位圓柱銷，下平面靠緊擋塊，對齊后將4根螺栓穿過控制塊的大腔室聯接到工裝上，接著將圓形壓板蓋上，再用螺母擰緊，將控制塊固定。工裝上的擋塊和圓柱銷在加工時，對刀具均不會產生干涉等影響。

該工裝對9種類型的控制塊加工都適用。使用后降低了操作人員的裝夾、校調和對刀時間，并且一次裝夾就可以全部完成4個側面的加工。

（2）改進加工方法 改進前在數控鏜床上加工時，每次裝夾只能加工一個面，為了節省裝夾時間必須要把這個面上的所有工步加工完后才能加工下一個面。改進后利用設計的工裝可以跳躍性地把4個側面上同規格的孔和腔室合并一起加工，減少了換刀時間。

（3）優化數控加工程序 改進前加工程序是針對整個平面上的加工內容（如上平面上的孔是由一個數控程序完成），每次加工其他平面需要重新對刀，并且相貫孔的加工順序無法選擇。改進前加工程序（部分）如下。

現根據FANUC操作系統的特點并結合設計的工裝，利用改變坐標系來實現不同面上的加工內容在一個程序中完成，既通過調用G10指令改變一個外部工件原點偏置量或工件原點偏置量，就可以改變G54～G59中指定的6個坐標系。改進后的程序（部分）如下。

其中#20代表了工件的實際長度，#21代表工件的實際寬度，當長度為495.7mm時，實際寫入#20=495.7即可。SHANG-B90-P3 G56中SHANG代表了工件的上平面，B90代表了上平面是在機床坐標系的基礎上旋轉90°后所得到的加工面，P3代表了G56工件坐標系，運行G10L2P3X[-500-170]Y[-680.57]Z[-949.65+#20-250]B90.0后，G56工件坐標系自動寫入坐標X、Y、Z和B的數值，避免實際輸入中出現失誤。

在編寫程序過程中，利用UG三維圖，將優先選擇貫穿深孔的加工，避免了不同孔貫穿時因受力不均勻而導致斷刀、偏孔的現象。同時為了減少換刀的次數和時間，將不同平面上相同規格的孔利用旋轉臺面并通過坐標系偏置的方法來控制，集中在一個程序段中加工完成，極大地提升了加工效率。

4 結束語

經過實際生產驗證，利用本加工方案，在控制塊加工順序選擇、尺寸精度控制及數控程序控制等方面具有優勢，特別適合批量生產，實現了液壓執行機構控制塊精加工的效率提升，表面粗糙度、公差精度均滿足圖樣要求。運用專用工裝，單件控制塊加工的裝夾和校調時間比傳統方式減少了120min，同時單件控制塊精加工周期與傳統加工方法相比縮短了80%，一年可節省加工成本100多萬元。總體來說，降低了制造成本，提升了工藝技術水平，具有可觀的經濟效益和推廣價值。